科学家提出基因编辑领域发展新方向
来源：中国科学院网站&DeepTech深科技
30多年前，科学家在细菌中发现规律间隔成簇短回文重复序列，并发现这种重复序列可让细菌对病毒有免疫抗性。2001年，西班牙科学家Francisco Mojica正式将其命名为CRISPR，2012年两位女科学家，来自加州大学伯克利分校的结构生物学家詹妮弗•杜德纳（Jennifer Doudna）和瑞典于默奥大学的埃马纽埃尔•卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）首次将CRISPR/Cas作为基因编辑系统应用。2013年，来自于哈佛大学医学院的George Church、麻省理工学院博德研究所的张锋以及加州大学旧金山分校系统及合成生物学中心的亓磊（目前就职于斯坦福大学），分别发表三篇文章，将CRISPR/Cas系统成功应用到哺乳动物细胞中。CRISPR/Cas9的出现，引领了整个基因编辑领域爆炸式的发展，如今，众多科学家进一步扩充了CRISPR/Cas基因技术，将其从单一的“基因剪刀”扩展成多功能的“基因工具包”，展示了基于不断扩大的CRISPR/Cas系统令人兴奋的应用前景。科学家们预测，CRISPR/Cas9基因编辑技术将改变我们生活的社会和周围的生物。
近日，中国科学院上海营养与健康研究所研究员杨力与上海科技大学生命技术学院教授陈佳、上海科技大学免疫化学研究所副研究员杨贝，应邀在国际学术期刊《自然-生物技术》上发表题为To BE or not to BE, that is the question 的新闻与视角评论文章，对近期发表在Science和Nat Biotechnol上有关碱基编辑研究的最新进展进行介绍，并展望了碱基编辑领域未来可能的发展新方向。
近年来，利用CRISPR/Cas9基因编辑系统与核苷脱氨酶整合而发展出的新型碱基编辑系统（Base Editor, BE），包括可实现C-to-T编辑的胞嘧啶碱基编辑器（Cytosine Base Editor, CBE）和实现A-to-G编辑的腺嘌呤碱基编辑器（Adenine Base Editor, ABE），可在单碱基水平实现精准高效的基因组定向编辑。这种新型碱基编辑系统，理论上不会对基因组DNA造成双链断裂损伤，且可对上千种引起人类疾病的基因组碱基突变进行定点矫正，因此拥有广泛的临床应用前景。然而，最近发表在Science杂志上的两项研究表明，与传统的Cas9相比，一种早期构建的胞嘧啶碱基编辑器BE3可在小鼠胚胎和水稻的基因组中造成比Cas9更多的非特异性突变，且这些非特异突变的产生不依赖于sgRNA的特异性引导；而相同条件下的腺嘌呤碱基编辑器却并没有产生这些脱靶效应。虽然上述发表的研究中没有详细报道BE3造成非特异性突变的机制，在该新闻与视角文章中，陈佳等推测BE3中的胞嘧啶脱氨酶可能通过不依赖sgRNA介导的胞嘧啶脱氨反应造成意外的脱靶效应；并相应提出一些降低胞嘧啶碱基编辑器非特异性突变的策略，如通过替换或改造碱基编辑器中的胞嘧啶脱氨酶实现可控的脱氨活性或与底物DNA结合的能力等。最后，文章也指出基于低活性胞嘧啶脱氨酶所构建的胞嘧啶碱基编辑器，可能无法有效介导在组织器官或者体细胞中的基因组靶向碱基编辑。因此，如何发展新策略构建低脱靶率的高效碱基编辑系统将成为碱基编辑领域未来发展的难点和突破点。
图：Cas9和碱基编辑器BE3介导的基因编辑比较。a, Cas9介导的基因编辑与其激活的DNA损伤响应。b, BE3在sgRNA依赖性的靶向位点和脱靶位点介导碱基编辑。c, BE3在sgRNA非依赖性的脱靶位点介导碱基编辑。
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